Слово «енергія» означає здатність виконувати роботу. Потреба в енергії у світі зростає до дуже високих розмірів через природне зростання та використання нових технологій. Джерела горючого палива, від якого ми залежимо, наприклад вугілля, газ і нафта, обмежені. Збільшене спалювання палива викликає занепокоєння щодо глобального потепління та забруднення повітря . Через надмірну залежність від викопного палива для отримання енергії, вони закінчуються, необхідно знайти альтернативні джерела енергії, і одним з альтернативних джерел є сонце .
Сонячна енергія — це випромінюване світло та тепло від сонця, які використовуються за допомогою низки технологій, що постійно розвиваються, таких як сонячне опалення, сонячна теплова енергія, сонячна архітектура та штучний фотосинтез.
Це також важливе джерело відновлюваної енергії, і його технології широко характеризуються як пасивна сонячна енергія або активна сонячна енергія залежно від того, як вони вловлюють і розподіляють сонячну енергію або перетворюють її на сонячну енергію.
Мета навчання
До кінця цього уроку ви повинні вміти:
Сонце є надзвичайно потужним джерелом енергії, а сонячне світло є найбільшим джерелом енергії, яку отримує Земля. Сонячне випромінювання або сонячне світло, яке досягає землі, складається майже з 50 відсотків видимого світла, 45 відсотків інфрачервоного випромінювання та меншої кількості ультрафіолетового та інших форм електромагнітного випромінювання. Сонячна енергія - це просто світло і тепло, які надходять від сонця. Сонячна енергія є найчистішим і найпоширенішим відновлюваним джерелом енергії.
Форми сонячної енергії
Як показано вище, сонячна панель відповідає за збір сонячного світла або сонячної радіації та перетворення в електричну енергію. Сонячний контролер заряду регулює подачу струму від сонячної панелі до акумулятора. Контролер контролює напругу батареї та зменшує струм, коли батарея повністю заряджена. Акумулятор зберігає енергію для подальшого використання. Інвертор перетворює постійний струм (який генерує сонячна енергія) у змінний струм (який використовується в електричній мережі). Лічильник вимірює кількість енергії, споживаної побутовою технікою, як-от холодильники, лампочки та телевізор.
Сонячна енергія може мати будь-яку з наступних форм;
Сонячне випромінювання може перетворюватися або в теплову, або в електричну енергію .
Термальна енергія
Найбільш поширеними пристроями, що використовуються для захоплення сонячної енергії та перетворення її на теплову, є плоскі колектори, які використовуються для сонячного опалення. Через низьку інтенсивність сонячного випромінювання на поверхні Землі ці колектори повинні мати велику площу. Наприклад, колектор повинен мати площу поверхні близько 40 квадратних метрів (430 квадратних футів), щоб зібрати достатньо енергії, необхідної для однієї людини.
Найбільш широко використовувані плоскі колектори складаються з почорнілої металевої пластини, покритої одним або двома листами скла, яка нагрівається сонячним світлом, що падає на неї. Потім тепло сонячного світла передається повітрю або воді, які називаються рідинами-носіями, які протікають повз задню частину пластини. Це тепло можна використовувати безпосередньо або передати в інше середовище зберігання. Зберігання тепла для використання вночі або в похмурі дні здійснюється за допомогою ізольованих резервуарів для зберігання води, нагрітої в сонячні періоди. Плоскі колектори зазвичай передають рідину-теплоносій до температур від 66 до 93 градусів Цельсія. ККД таких колекторів коливається від 20 до 80 відсотків в залежності від конструкції колектора.
Інший спосіб перетворення теплової енергії можна знайти в сонячних ставках, які є водоймами з солоною водою, призначеними для збору та зберігання сонячної енергії. Тепло, що видобувається з цих водойм, дозволяє виробляти хімікати, продукти харчування, текстиль, плавальні басейни та худобу. Сонячні ставки досить дорогі в установці та обслуговуванні, і, як правило, вони обмежені теплими сільськими районами.
Виробництво електроенергії
Сонячне випромінювання може перетворюватися безпосередньо в електрику за допомогою сонячних батарей. У таких елементах генерується невелика електрична напруга, коли світло потрапляє на з’єднання металу та напівпровідника (наприклад, кремнію) або на з’єднання двох напівпровідників. Потужність, яку генерує один фотоелектричний елемент, становить близько двох ват. Енергоефективність більшості сучасних фотоелектричних елементів становить лише близько 15-20 відсотків, і оскільки інтенсивність сонячного випромінювання низька, для початку потрібні великі та дорогі збірки таких елементів, щоб виробляти навіть помірну кількість енергії.
Більші блоки фотоелектричних елементів використовувалися для забезпечення живленням водяних насосів і систем зв’язку у віддалених районах і супутників зв’язку.
Класичні кристалічні кремнієві панелі та новітні технології, що використовують тонкоплівкові сонячні батареї, включно з інтегрованою фотоелектричною системою, можуть встановлювати власники бізнесу та будинків на своїх дахах, щоб замінити звичайне електропостачання.
Концентровані сонячні електростанції використовують концентруючі або фокусуючі колектори для концентрації сонячного світла, отриманого з великої площі, у невеликий почорнілий приймач, таким чином значно збільшуючи інтенсивність світла для отримання вищих температур. Масиви ретельно вирівняних дзеркал або лінз можуть сфокусувати достатньо сонячного світла, щоб нагріти цільову температуру 2000 градусів Цельсія або більше. Потім це тепло можна використовувати для роботи котла, який, у свою чергу, генерує пару для парової турбінної електростанції. Для прямого виробництва пари рухомі дзеркала можна розташувати так, щоб концентрувати велику кількість сонячного випромінювання на почорнілих трубах, по яких циркулює вода і тим самим нагрівається.
Інші програми
Сонячна енергія використовується для виробництва солі з морської води шляхом випаровування. Опріснювальні установки на сонячних батареях перетворюють солону воду на питну, перетворюючи енергію Сонця на тепло, прямо чи опосередковано, щоб стимулювати процес опріснення.
Сонячна технологія також з’явилася для чистого та відновлюваного виробництва водню як альтернативного джерела енергії.
Фактори, що впливають на продуктивність сонячної енергетичної системи
1. Зміна погоди
Оскільки вплив тепла може передчасно погіршити щоденне виробництво сонячних елементів, високі температури призводять до падіння напруги та загальної потужності. Сонячні елементи працюють краще в холодному, ніж у жаркому кліматі. Таким чином, підвищення температури вище 25 градусів за Цельсієм призводить до згасання потужності сонячних панелей.
2. Затінення
Коли тінь падає навіть на невелику частину сонячної панелі, струм через всю струну зменшується. Заштриховані комірки впливають на поточний потік усієї сонячної енергетичної системи.
3. Орієнтація даху
Кут нахилу сонячних панелей слід активно регулювати відповідно до змін пір року, широти та довготи та годин сонячного сяйва.
4. Чистота сонячної панелі
Чистота поверхні сонячної панелі безпосередньо пов'язана з перетворенням фотоелектричної енергії. Піщані бурі, забруднене навколишнє середовище та опади – це кілька факторів, які можуть зіграти роль у зниженні ефективності сонячних модулів.
Переваги та недоліки сонячної енергії
Переваги сонячної енергії:
До недоліків сонячної енергії відносяться;
Резюме
